為了提高納米銀粉在導(dǎo)體漿料中的分散性以及與基體的結(jié)合力，通過直流電弧等離子法制備納米銀粉，并對銀粉進(jìn)行表面改性。利用X射線衍射、X射線熒光分析、熱分析、透射電子顯微鏡等測試手段對樣品的晶體結(jié)構(gòu)、成分、形貌和粒徑分布進(jìn)行表征。在測試納米Ag粉在無水乙醇介質(zhì)中pH-Zeta電位圖的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了超聲時(shí)間、不同表面活性劑及其加入量對納米Ag粉在無水乙醇介質(zhì)中分散穩(wěn)定性的影響，并對其分散機(jī)理進(jìn)行了初步探討。研究表明，直流電弧等離子法制備的納米銀粉純度高達(dá)99192%(質(zhì)量比)，分散性好，顆粒呈鏈球型，多晶立方結(jié)構(gòu)。在無水乙醇介質(zhì)中，推薦較好的納米Ag粉表面進(jìn)行改性工藝為:三乙醇胺(TEA)/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)復(fù)合表面活性劑修飾，其加入量為:215%TEA，215%PVP，超聲70min，pH值為8。

　　粒徑較小和粒度分布均勻的球形納米銀粉導(dǎo)電性能好，是一種優(yōu)良的微電子導(dǎo)電漿料和電極材料。納米金屬粉與普通金屬粉相比，具有比表面積大、表面原子數(shù)多、表面能高，且存在大量的表面缺陷和懸鍵，具有高度的不飽和性及很高的化學(xué)反應(yīng)活性。優(yōu)異的性能使得納米銀粉在陶瓷材料、導(dǎo)電漿料、抗菌劑、高密度磁記錄材料、高效催化劑等方面有著重要的應(yīng)用。納米金屬粉體表面能大，易發(fā)生團(tuán)聚。在導(dǎo)體漿料中，金屬粉體的團(tuán)聚會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)的導(dǎo)電膜電性能下降，甚至不導(dǎo)電，同時(shí)也會(huì)降低可焊性和耐焊料浸蝕性等性能。對納米粉體的表面改性過程中，需要采用表面活性劑對其進(jìn)行包覆，將納米顆粒的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善，以提高粉體的分散性、流變性。

　　目前制備高分散銀粉主要有，在高分子保護(hù)下電解法、噴霧熱解法、化學(xué)還原法和在氣氛保護(hù)下直流電弧等離子體蒸發(fā)法。通過真空直流電弧等離子法制備的銀粉純度高且產(chǎn)率高。對于納米粉在液相中分散性能的研究，一般采用無水乙醇作為分散介質(zhì)，無水乙醇不僅與水具有良好的相容性，而且與多種有機(jī)物質(zhì)具有好的相容性。通過不同方法制備的納米銀粉表面性質(zhì)不同，因此，需要根據(jù)制備方法的不同選擇合適的表面活性劑。然而，目前很少有研究依據(jù)pH-zeta電位圖，并以能使電子漿料具有很好的假塑性流動(dòng)和好的印刷性能為目標(biāo)選擇合適的pH值及分散劑的種類。

　　通過真空直流電弧等離子方法制備納米銀粉，并分析表面活性劑對其分散性能和導(dǎo)電漿料的影響的方法尚未見文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。本文制備的銀粉平均粒徑為54nm，粒徑分布在5~220nm區(qū)間，測試其在無水乙醇中的pH-zeta電位，并系統(tǒng)研究了表面活性劑種類、加入量及超聲時(shí)間對銀粉分散性能的影響，將該粉體應(yīng)用在導(dǎo)電漿料中測試其電性能，并對其分散機(jī)理和表面改性情況進(jìn)行探討。

1、實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1、實(shí)驗(yàn)原料及儀器

　　實(shí)驗(yàn)原料:通過實(shí)驗(yàn)室高真空三槍直流電弧等離子體制備超細(xì)金屬粉設(shè)備制備納米銀粉，實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)為:陰極電流440A，充氣壓力0104MPa，氫氬比2/3。表面活性劑:三乙醇胺(TEA)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，聚乙烯吡咯烷酮(PVP，K-30)、六偏磷酸鈉(SHMP)、聚乙二醇(PEG)、司班-85(Span-85)。

　　性能測定:采用美國FEI公司的Tecnai20透射電子顯微鏡(TEM)測定制備的顆粒的形貌;采用美國熱電公司ARLXcTRA型X射線衍射儀(XRD)對樣品進(jìn)行物相分析;采用瑞士ARL公司的ADVANTcXP型X射線熒光光譜儀對樣品進(jìn)行純度分析;采用美國TA公司的SDTQ600型熱重差熱聯(lián)用熱分析儀;采用瑞士Unico公司的UV1900紫外可見光雙光束分光光度計(jì)對粉體的分散性進(jìn)行研究。

　　1.2、實(shí)驗(yàn)過程

　　實(shí)驗(yàn)采用高真空三槍直流電弧等離子體蒸發(fā)設(shè)備運(yùn)行合適的參數(shù)制備納米金屬粉，設(shè)備簡圖見圖1。制粉前，放入已清洗過的純銀錠，密封設(shè)備后采用真空泵對真空室抽真空，并充入一定比例的氫氣和氬氣。接著，將兩電弧間距調(diào)節(jié)至適當(dāng)距離，兩極間能夠產(chǎn)生高溫等離子體。高溫等離子體迅速加熱銀錠，銀蒸發(fā)形成蒸氣，接著，循環(huán)氣體將金屬蒸氣帶至收粉室。H2在電弧中離解形成高溫活性H，活性H射流進(jìn)入熔體，在熔體中冷卻形成H2，大量的氫氣泡在金屬熔體中從內(nèi)向外溢出，理論上可以使得金屬熔體出現(xiàn)沸騰的現(xiàn)象，試驗(yàn)中觀察發(fā)現(xiàn)此時(shí)金屬熔體在氫氣量較小時(shí)出現(xiàn)較平穩(wěn)的翻騰現(xiàn)象，氫氣量增大后翻騰現(xiàn)象更加顯著，當(dāng)氫氬比達(dá)到2/3時(shí)，金屬熔體劇烈沸騰，并伴有金屬溶液的飛濺發(fā)生。因此，可以認(rèn)為氫氣的加入使得金屬由一般蒸發(fā)過渡到了沸騰蒸發(fā)的范圍，蒸發(fā)速率大大提升。金屬蒸氣與氬氣分子相互碰撞，迅速損失能量并冷卻成核、生長，最后冷凝沉積形成松散的粉末。最后，關(guān)掉電弧使設(shè)備降溫，充入一定量的氬氣，在室溫下收集得到銀粉。

圖1 高真空三槍直流電弧等離子體蒸發(fā)納米金屬粉制備設(shè)備簡圖

　　接著測定銀粉在不同pH值下于無水乙醇中的Zeta電位，并得出其峰值，根據(jù)峰值選取合適的分散劑，研究其對粉體在無水乙醇介質(zhì)中分散性能的影響。實(shí)驗(yàn)中稱量銀粉0.05g于100ml的無水乙醇溶液中，測定其最佳吸收波長。經(jīng)測定，該納米粉最佳吸收波長為421nm。改變表面活性劑的種類、入量和超聲時(shí)間，調(diào)整超聲功率為560W，通過測定溶液的吸光度來判定其分散效果。確定最佳分散工藝，分散納米銀粉一定時(shí)間后離心分離，去除上層清液，將改性后的納米銀粉用酒精反復(fù)洗滌3次后放入烘箱內(nèi)干燥，測試其熱失重情況。

　　采用分光光度計(jì)測試不同情況下粉體溶液的吸光度，以此來判斷粉體的分散效果，分光光度計(jì)是根據(jù)Beer-Lambert定律的原理制造的。其中

　　式中，A為吸光度，I0為入射光強(qiáng)度，I為透射光強(qiáng)度，E為摩爾吸光系數(shù)，c為摩爾濃度、b為光程。通過吸光度計(jì)算粉體分散性的機(jī)理是:溶劑中的物質(zhì)對光波中的某一波段有最佳的吸收，其吸光度大小與該物質(zhì)的濃度呈現(xiàn)正比的關(guān)系。將分散有銀粉的乙醇溶液滴入比色皿中，通過S22PC可見光分光光度計(jì)測試溶液的吸光度。吸光度越大，表明單位體積乙醇中的銀粉含量越高，分散性越好。

3、結(jié)論

　　(1)直流電弧等離子法制備出來純度高達(dá)99.92%的納米銀粉，銀粉平均粒徑為54nm。納米顆粒呈球狀，表面光潔，呈現(xiàn)多晶立方結(jié)構(gòu)，且存在晶格收縮。

　　(2)隨著pH值的增加，銀粉在無水乙醇中的Zeta電位先呈現(xiàn)正值再呈現(xiàn)負(fù)值，當(dāng)pH值等于8時(shí)，Zeta電位最大，此時(shí)顆粒分散性最好。

　　(3)推薦納米銀粉在無水乙醇中的分散工藝為:pH=8的情況下，超聲時(shí)間70min，超聲功率560W，采用PVP/TEA復(fù)合表面活性劑修飾，其加入量為:2.5%PVP，2.5%TEA。最終完全吸附在銀粉表面的分散劑約3%。